智慧能源關鍵技術及應用

張素娟

上海電氣集團股份有限公司中央研究院，上海 200070

智慧能源是以用戶思想為主導的新概念，也是建設智慧城市、智慧社區(qū)和美麗城鎮(zhèn)的基礎。目前，電力公司、互聯網金融行業(yè)等對此進行了一些探索和開發(fā)。但是，仍然需要不斷創(chuàng)新和突破，智慧能源概念正是因此而提出的設想。當前，我國的經濟發(fā)展進入了新的高峰，各種互聯網技術不斷發(fā)展，智慧能源技術是經濟發(fā)展、技術發(fā)展、能源需求、環(huán)境需求共同的產物。

1 智慧能源概述

1.1 智慧能源的概念

智慧能源是對各類能源和資源的整合，例如地熱能、太陽能、空氣能、水能、天然氣、城市自來水、污水、工業(yè)廢水和廢熱等。利用諸如冷熱回收、能源存儲、熱量平衡和智能控制等新技術來平衡和調控各種能源流，從而實現能源和資源的綜合利用。

智慧能源是將能源互聯網化，綜合利用高端存儲電子技術、信息技術和智能管理技術聯通新的電力網絡，天然氣網絡和其他分布式能源網絡、分布式能源存儲設備和各種負載組成能源節(jié)點，連接這些能源節(jié)點形成網絡可以實現能源雙向流動的能源交互共享的網絡。

1.2 發(fā)展智慧能源的意義

我國已經成為世界上最大的能源生產國和消費國，面臨著巨大的能源需求壓力、生態(tài)環(huán)保壓力，急需從根本上革新傳統(tǒng)的能源生產與消費方式，重塑能源生產、運輸、消費、儲存的鏈條，將生產者和消費者有機整合起來，把能源互聯網化，讓智慧能源的理念與技術貫穿能源生產與消費的全過程，從而成為我國實現碳中和的重要支撐。

2 智慧能源關鍵技術

2.1 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈技術的應用可以為數據安全、多主體協調、信息集成和其他智能能源開發(fā)問題提供新的技術解決方案，為能源服務和電力市場構建智能交易系統(tǒng)提供新的可能性。依靠區(qū)塊鏈技術的去中心化、信息共享、信息跟蹤等技術特點，一方面，可以簡化新能源電力交易流程，降低交易成本，并有效支持點對點傳輸，多個實體之間的點對點、實時、自主的微量余額交易；另一方面，區(qū)塊鏈技術的去中心化會計技術可以為能源產品、能源金融等產品的交易構建新的商業(yè)模式，例如綠色能源認證和綠色認證交易，并促進能源和電力市場交易。這種創(chuàng)新的能源生產和服務模式，有助于大量消納新能源。依托區(qū)塊鏈技術的“多鏈”技術本質，實現電力網絡、石油網絡、天然氣網絡等異構能源系統(tǒng)中多個主題與相應設備的廣泛互聯，形成多能源互補的供能系統(tǒng)。基于垂直源網絡、存儲協調和集成可以實現集成能源系統(tǒng)中多個實體之間可靠的互聯、信息公開和合作自治，顯著提高集成能源服務的可追溯性和安全性，從而促進綜合能源服務的發(fā)展。

2.2 大數據技術

能源大數據的特點是規(guī)模大、多態(tài)性強、速度快、值密度有限。大數據技術是一種以大規(guī)模數據收集為研究對象的綜合技術。傳感器技術、信息通信技術、計算機技術和數據分析技術和專業(yè)技能的結合是對傳統(tǒng)數據挖掘和數據分析技能的繼承和發(fā)展。大數據技術的應用可以實現能源生產整個鏈條數據收集和能源消耗分析，為能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行、能源效率的提高和能源綜合協調分配提供重要支持。

（1）源網絡負載存儲。使用大數據技術從能源和電力系統(tǒng)收集、傳輸、存儲和合并數據可以有效地整合能源和電力系統(tǒng)中的多個異構數據，建立能源和電力系統(tǒng)的數字孿生模型，并進一步提高輸出。識別和預測新能源和能源網絡中的趨勢分布和用戶能源消耗行為，為異構能源的調度提供關鍵的決策支持，使能源系統(tǒng)更加安全、可靠、高效地運行。

（2）能源效率提高。依靠大數據技術了解用戶能源消耗行為與能源實時價格、天氣、時段等因素之間的隱含關系，建立用戶能源使用類型、能源使用時間段、能源使用強度和能源使用靈活性等模型。實現對能源用戶的多幅精確描述，制訂能源消耗優(yōu)化計劃，定制能源消耗服務，就能源消耗對用戶側資源開發(fā)提供理論指導，促進能源消耗降低，實現綜合能效的提高。

（3）源網絡負載存儲協作。通過使用大數據技術分析能源和電力系統(tǒng)中積累的大量數據，可以準確了解負荷和電網之間的能源流、業(yè)務流和信息流的流向和交互方式，提高異構能源網絡的可靠性和經濟性，并支持能源和電力系統(tǒng)的安全可靠運行。

2.3 云平臺技術

云平臺是一個邏輯上統(tǒng)一的數據中心，由連接不同類型的數據并整合依賴于存儲、交換和虛擬化組件的多種計算資源組成。與傳統(tǒng)服務器相比，云平臺可以通過將物理資源虛擬化為虛擬機資源池來靈活地調用軟件和硬件資源，從而為用戶提供各種服務。云平臺根據客戶需求為用戶提供三種類型的服務：基礎架構即服務（IaaS），平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）。云平臺利用虛擬化的資源管理技術，對全面存儲的數據信息進行抽象和關聯，形成應用間、部門間和系統(tǒng)間的信息，構建具有通用資源共享、動態(tài)管理和數據可視化特征的智慧能源管理系統(tǒng)，為用戶提供實時在線的能源服務，并根據用戶的能耗特征定制相應的節(jié)能技術改造方案、能源合同管理、能耗效率弱點診斷和識別，以及其他服務解決方案?；谀茉创髷祿粌H可實現對能源服務的復雜管理，還可實現對能源服務的精細化管理。依靠云平臺的開放和全面的技術特性，可以訪問多個主題和設備，打破物理結構之間的技術和體制障礙，并在此基礎上構建數據驅動的功能庫、模型庫和算法庫，實現各種終端的監(jiān)視、遠程控制和遠程控制，有助于能源和電力系統(tǒng)的多功能動態(tài)優(yōu)化。

3 智慧能源關鍵技術的應用

3.1 能源路由器

根據能源形式，可以將儲能技術分為物理儲能、電化儲能、液流電池儲能、化學儲能等。能源互聯網需要3個層面的儲能設備，即能源路由器中需配備中等容量的儲存設備；能源互聯網傳輸層中需配備容量較大的儲存設備；分布式能源單元中所配置的儲能設備。能源路由器由固態(tài)變壓器、儲能設備等基礎設備構成，主要用于數據采集裝置、復雜的優(yōu)化計算模塊、能源負荷實時預測系統(tǒng)、信息物理系統(tǒng)等云計算技術互聯網架構體系。

3.2 能源互聯網

能源互聯網綜合應用服務平臺的建立主要依靠技術支撐、頂層設計、行動計劃等。能源互聯網的應用需要建立能源市場交易平臺。隨著國家對傳統(tǒng)能源企業(yè)經營模式的改革，國家能源局及發(fā)改委頒發(fā)了體制改革配套文件，引入民營資本。短期內國家售電方式不變，但售電競爭力變大。

國家在石油能源行業(yè)也做了初步的改革，例如水及天然氣采用壟斷政策。能源互聯網的發(fā)展需要有國家政策的支持，建立能源交易平臺。能源互聯網的應用還需要建立需求響應管理平臺，以平衡能源互聯網中供需區(qū)域為目標，將能源管理系統(tǒng)中的能源進行合理分配。此外，能源互聯網的綜合應用還需要建立用戶服務系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等。

4 智慧能源發(fā)展趨勢

首先，在新電改政策的推動下，傳統(tǒng)的能源公司為了謀求生路，開始向綜合服務商轉型，開始成立區(qū)域性售電公司，為開展后續(xù)能源服務做準備。目前，很多資源大省對電改充滿熱情，相對于市場更注重降電價紅利，但實質改革速度較慢，導致各方面策略無法順利實施。

其次，傳統(tǒng)的能源企業(yè)和互聯網企業(yè)開始合作，將傳統(tǒng)能源企業(yè)向互聯網企業(yè)轉變。例如光伏行業(yè)就是與互聯網相結合，從而達到整合能源的目的。傳統(tǒng)的能源企業(yè)與能源互聯網企業(yè)合作，可以通過用戶大數據找出更有價值的信息，分析典型耗能用戶的需求，做好科學的能源預測，從而使發(fā)電戰(zhàn)略布局更加完善。

最后，傳統(tǒng)能源公司開始向互聯網金融拓展。金融行業(yè)是實現能源互聯網的重要手段，從基礎設施的建設到商業(yè)模式，都離不開金融資本的深度介入與助推。目前，互聯網金融對傳統(tǒng)能源企業(yè)起著重要的作用。能源互聯網金融服務平臺的建立，在不斷壯大民營資本構建的能源互聯網金融體系的同時，還帶動了國有能源企業(yè)進軍互聯網金融。

5 結束語

隨著碳中和目標的提出，能源利用格局在悄然發(fā)生巨變，急需整合分散的能源生產、傳輸、使用等全鏈條技術的出現，故智慧能源技術應運而生。越來越多的能源公司正在重塑能源價值鏈，創(chuàng)造各種新的技術和新的商業(yè)模式。智慧能源是未來能源發(fā)展的方向，將能源互聯網化，通過綜合利用、綜合調配，達到總體節(jié)能，實現生態(tài)化發(fā)展、綠色發(fā)展。